场效应管概述

1、1会计学场效应管概述场效应管概述 场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1. 结型场效应管符号结构示意图栅极漏极源极导电沟道单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）uGSUGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGDUGS（off） VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什

2、么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）常量DS)(GSDUufi夹断电压漏极饱和电流GS(off)GSDSUuu场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在恒流区时常量GS)(DSDUufig-s电压控制d-s的等效电阻常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，uGDUGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低频跨导： uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层

3、将两个N区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层衬底耗尽层空穴高掺杂反型层增强型管大到一定值才开启 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？ iD随uDS的增大而增大，可变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断 iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻 耗尽型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。加正离子

4、小到一定值才夹断uGS=0时就存在导电沟道1)增强型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压夹断电压DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi时的为式中在恒流区时，)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应

5、管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 根据场效应管工作在恒流区的条件，在根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性间加极性合适的电源合适的电源dDQDDDSQ2GS(th)BBDODQBBGSQ) 1(RIVUUVIIVU1. 基本共源放大电路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU ，2GS(off)GSQDSSDQ)1 (UUII)(sdDQDDDSQRRIVU由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU2GS(th)GSQDOD

6、Q) 1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU为什么加Rg3?其数值应大些小些？哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？即典型的即典型的Q点稳定电路点稳定电路DSGSDmUuig近似分析时可认为其为无穷大！根据iD的表达式或转移特性可求得gm。与晶体管的h参数等效模型类比：1. 场效应管的交流等效模型doidmgsddioRRRRgURIUUAu若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，则与共射电路比较。?uAismsmsdgssdio1RRgRgRIURIUUAu若Rs=3k，gm=2mS，则?uAmsomsooooo1gRUgRUUIUR若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?3.1

7、 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析3.3 3.3 差分放大电路差分放大电路3.4 3.4 互补输出级互补输出级3.5 3.5 直接耦合多级放大电路读图直接耦合多级放大电路读图一、直接耦合一、直接耦合二、阻容耦合二、阻容耦合三、变压器耦合三、变压器耦合既是第一级的集电极电阻，既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻又是第二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，号，便于集成化， Q点相互点相互影响，影响，存在零点漂移现象。存在零点漂移现象。 当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电

8、流、电当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。位的变化会逐级放大。第二级第二级第一级第一级Q1合适吗？合适吗？直接直接连接连接输入为零，输出输入为零，输出产生变化的现象产生变化的现象称为零点漂移称为零点漂移求解求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。对哪些动态参对哪些动态参数产生影响？数产生影响？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可设置合适的既可设置合适的Q点，又可使第点，又可使第二级放大倍数不至于下降太多？二级放大倍数不至于下降太多？若要若要UCEQ5V，则应怎么办？用多个二极管吗？，则应怎么办？用多个二极管

9、吗？二极管导通电压二极管导通电压UD？动态电阻？动态电阻rd特点？特点？Re必要性？必要性？稳压管稳压管伏安特性伏安特性 UCEQ1太小太小加加Re（Au2数值数值）改用改用D若要若要UCEQ1大大，则改用，则改用DZ。 在用在用NPN型管组成型管组成N级共射放大电路，由于级共射放大电路，由于UCQi UBQi，所以所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后级集电极电位接），以致于后级集电极电位接近电源电压，近电源电压，Q点不合适。点不合适。UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1UCQ2 UCQ1 Q点相互独立点相互独立。不能放

10、大变化缓慢的信号，低频。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。特性差，不能集成化。共射电路共射电路共集电路共集电路有零点漂移吗？有零点漂移吗？ 利用电容连接信号利用电容连接信号源与放大电路、放大源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容电路与负载，为阻容耦合。耦合。 可能是实际的负载，也可能是实际的负载，也可能是下级放大电路可能是下级放大电路L2L2c21RIRIPPl， 理想变压器情理想变压器情况下，负载上获况下，负载上获得的功率等于原得的功率等于原边消耗的功率。边消耗的功率。，实现了阻抗变换。L221L2c2L)(RNNRIIRl从变压器原从变压器原

11、边看到的等边看到的等效电阻效电阻选择合适参数使选择合适参数使电路正常工作电路正常工作电位高电位高低关系低关系uC1uC2T2工作在工作在放大区放大区 二、分析举例二、分析举例一、动态参数分析一、动态参数分析1. 1.电压放大倍数电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 2. 输入电阻输入电阻i1iRR 3. 3. 输出电阻输出电阻nRRoo 对电压放大电路的要求：对电压放大电路的要求：Ri大，大， Ro小，小，Au的数值的数值大，最大不失真输出电压大。大，最大不失真输出电压大。)(1 (L622be5i2RRrRR21L62be2L6221bei231)( )

12、 1 ()( ) 1 ()( uuuuuAAARRrRRArRRAbe121irRRR1be2536orRRRR共射放共射放大电路大电路共射放共射放大电路大电路iuou饱和失真？截止失真？饱和失真？截止失真？ 首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。 比较比较Uom1和和Uim2，则可判断在输入信号逐渐增大时，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。哪一级首先出现失真。 在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。大不失真电压等于输出级的最大不失真电压

13、。共射、共射；共源、共射；共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。共集、共射；共源、共集。2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？电压放大倍数？注意级联时两级注意级联时两级的相互影响！的相互影响！一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因二、长尾式差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路的组成三、长尾式差分放大电路的分析三、长尾式差分放大电路的分析四、差分放大电路的四种接法四、差分放大电路的四种

14、接法五、具有恒流源的差分放大电路五、具有恒流源的差分放大电路六、差分放大电路的改进六、差分放大电路的改进1. 1. 什么是零点漂移现象什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。 典型电路：差分放大电路典型电路：差分放大电路零点漂移零点漂移零输入零输入零输出零输出理想对称理想对称信号特点？信号特点？能否放

15、大？能否放大？共模信号：大小相等，极性相同。共模信号：大小相等，极性相同。差模信号：大小相等，极性相反差模信号：大小相等，极性相反.信号特点？能否放大？信号特点？能否放大？02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQCQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRRRRt+VCCuI在理想对称的情况下：在理想对称的情况下：1. 克服零点漂移；克服零点漂移；2. 零输入零输出；零输入零输出；3. 抑制共模信号；抑制共模信号；4. 放大差模信号。放大差模信号。eBEQEEEQ2RUVI1EQBQIIBEQcCQCCCEQURIVU02CQ1CQOCQ2CQ1CQEQ2EQ1EQ

16、CQ2CQ1CQBQ2BQ1BQUUuUUUIIIIIIIIIRb是必要的吗？是必要的吗？1. Q点：eEQBEQBQEE2RIURIVb晶体管输入回路方程：晶体管输入回路方程：通常，通常，Rb较小，且较小，且IBQ很小，故很小，故选合适的选合适的VEE和和Re就就可得合适的可得合适的Q0 )()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cIcOccAuuA，参数理想对称时，参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数C21CC21CB21Buuiiii共模信号：数值相等、极性相同的共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即输入信号，即IcI2I1uuu0 cIcOccAuuA参数理想对称时

17、参数理想对称时共模放大倍数共模放大倍数Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号对于每一边电对于每一边电路，路，Re=?如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1= iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。对差模信号无反馈作用。2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反差模信号：数值相等，极性相反的输入信号，即的输入信号，即2Idu2I

18、du )(2bebBIdrRiu为什么？为什么？bebLcd)2( rRRRA差模放大倍数差模放大倍数IdOdduuA)2(2LcCOdRRiu 2 )(2cobebiRRrRR，。下，下，在参数理想对称的情况在参数理想对称的情况CMRcdCMRKAAK 在实际应用时，信号源需要有在实际应用时，信号源需要有“ 接地接地”点，以避免点，以避免干扰；或负载需要有干扰；或负载需要有“ 接地接地”点，以安全工作。点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输接法：双端输入双端输出、双端输入单

19、端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。入双端输出、单端输入单端输出。cCQCCCQ2LcCQCCLcLCQ1 )(RIVURRIVRRRU 由于输入回路没有变由于输入回路没有变化，所以化，所以IEQ、IBQ、ICQ与双端输出时一样。但与双端输出时一样。但是是UCEQ1 UCEQ2。1. 1. 双端输入单端输出双端输入单端输出：Q点分析点分析bebLcd)( 21rRRRAcobebi)(2RRrRR，bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRAbebebebCMR)1 (2rRRrRKbebLcd)( 21rRRRA（1）T2的的Rc可以短路吗？可以短路吗？

20、（2）什么情况下）什么情况下Ad为为“”？（3）双端输出时的）双端输出时的Ad是单端输出时的是单端输出时的2倍吗？倍吗？bebebebCMR)1 (2rRRrRKcobebi)(2RRrRR，共模输入电压共模输入电压差模输入电压差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入： 在输入信号作用下发射极在输入信号作用下发射极的电位变化吗？说明什么？的电位变化吗？说明什么？2/IIcIIduuuu，问题讨论：问题讨论：（1）UOQ产生的原因？产生的原因？（2）如何减小共模输出）如何减小共模输出电压？电压？OQIcIdO2UuAuAu测试测试:差模输出

21、差模输出共模输出共模输出静态时的值静态时的值输入方式：输入方式： Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。单端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd2 0 )2(RRKArRRRA双端输出：cobebebebCMRebebLccbebLcd )(2)1 (2 )1 (2)( )(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA单端输出： Re 越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越越大，每一边的漂移越小，共模负反馈越强，单端输出时的强，单

22、端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放越大，差分放大电路的性能越好。大电路的性能越好。 但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以大，以至于至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。 需在低电源条件下，需在低电源条件下，设置合适的设置合适的IEQ，并得到，并得到得到趋于无穷大的得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源取代解决方法：采用电流源取代Re！3BEQEE2123EB32RUVRRRIII，等效电阻等效电阻为无穷大为无穷大近似为近似为恒流恒流1) RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若

23、若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1 (WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR1. 1. 加调零电位器加调零电位器 RWdoidmd2 RRRRgA，若若uI1=10mV，uI2=5mV，则，则uId=？ uIc=？uId=5mV ，uIc=7.5mVRRRRt+VCCuI 若将电桥的输出作为差放若将电桥的输出作为差放的输入，则其共模信号约为的输入，则其共模信号约为多少？如何设置多少？如何设置Q点时如何点时如何考虑？考虑？1、uI=10mV，则，则uId=? uIc=? 2、若、若Ad=102、KCMR103用直流表测用直流表测uO ，

24、uO=?uId=10mV ，uIc=5mVuO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1=?=?=?二、基本电路二、基本电路三、消除交越失真的互补输出级三、消除交越失真的互补输出级四、准互补输出级四、准互补输出级一、对输出级的要求一、对输出级的要求 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大。最大不失真输出电压最大。射极输出形式射极输出形式静态工作电流小静态工作电流小输入为零时输出为零输入为零时输出为零 双电源供电

25、时双电源供电时Uom的峰的峰值接近电源电压。值接近电源电压。 单电源供电单电源供电Uom的峰值的峰值接近二分之一电源电压。接近二分之一电源电压。不符合不符合要求！要求！静态时静态时T1、T2均截止，均截止，UB= UE=01. 1. 特征特征：T1、T2特性理想对称。特性理想对称。2. 2. 静态分析静态分析T1的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性ui正半周，电流通路为正半周，电流通路为 +VCCT1RL地，地， uo = ui 两只管子交替工作，两路电源交替供电，两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。双向跟随。ui负半周，电流通路为负半周，电流通路为 地地 RL T2 -VCC，

26、 uo = ui消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启电压电压 静态时静态时T1、T2处于临界导通状态，处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；有信号时至少有一只导通； 偏置电路对动态性能影响要小。偏置电路对动态性能影响要小。ib2b1D2D1B1B2uuuUUU动态：静态：倍增电路故称之为，则若BEBE443B1B2B2UURRRUIIBE545EB3BE2BE1)1 ( URRUUU静态时：ib3b1uuu动态时： 为保持输出管的良好对称性，输出管应为为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类

27、型晶体管。同类型晶体管。大！大！一、放大电路的读图方法一、放大电路的读图方法二、例题二、例题1. 化整为零：按信号流通顺序将：按信号流通顺序将N级放大电路分级放大电路分为为N个基本放大电路。个基本放大电路。2 2. . 识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。有何特点。3 3. . 统观总体：分析：分析整个电路的性能特点。整个电路的性能特点。4 4. . 定量估算：必要时需估算主要动态参数。：必要时需估算主要动态参数。信号从放大管的哪个极输入信号从放大管的哪个极输入？又从哪个极输出？又从哪个极输出？第一级：双端输入单端输出的差放第一级：双端输入单端输出的

28、差放第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级第三级：准互补输出级动态电阻无穷大动态电阻无穷大1. 化整为零，识别电路 输入电阻为输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。 整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大电路。大电路。 可估算低可估算低频小信号下频小信号下的电压放大的电压放大倍数、输入倍数、输入电阻、输出电阻、输出电阻等。电阻等。 场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1. 结型场效应管符号结构示意图栅极漏极源极导电沟道单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作共射放共射放大电路大电路共射放共射放大电路大